É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
Method Article
Este trabalho detalha rotinas básicas robustas sobre como preparar amostras de proteínas de membrana marcadas com isótopos e analisá-las em alta resolução com métodos modernos de espectroscopia de RMN de estado sólido.
As proteínas de membrana são vitais para a função celular e, portanto, representam importantes alvos de drogas. A espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de Estado Sólido (ssNMR) oferece um acesso único para sondar a estrutura e a dinâmica de tais proteínas em membranas biológicas de complexidade crescente. Aqui, apresentamos a moderna espectroscopia de RMN em estado sólido como uma ferramenta para estudar a estrutura e a dinâmica de proteínas em membranas lipídicas naturais e em escala atômica. Tais estudos espectroscópicos se beneficiam do uso de métodos de ssNMR de alta sensibilidade, ou seja, ssNMR detectado por prótons (1H) e ssNMR suportado por DNP (Dynamic Nuclear Polarization). Usando a proteína bacteriana do barril beta da membrana externa BamA e o canal iônico KcsA, apresentamos métodos para preparar proteínas de membrana marcadas com isótopos e derivar informações estruturais e de movimento por ssNMR.
Estudos estruturais e de movimento de proteínas de membrana em ambientes fisiologicamente relevantes representam um desafio para as técnicas tradicionais de biologia estrutural1. Os métodos modernos de espectroscopia de ressonância magnética nuclear de estado sólido (ssNMR) oferecem uma abordagem única para a caracterização de proteínas de membrana 2,3,4,5,6,7 e têm sido usados há muito tempo para estudar proteínas de membrana, incluindo bombas de proteína embutidas em membrana 8, canais 9,10,11 ou receptores12,13,14,15. Avanços técnicos como campos magnéticos ultra-altos >1.000 MHz, frequências de rotação rápida de ângulos mágicos >100 kHz e técnicas de hiperpolarização16 estabeleceram a ssNMR como um método poderoso para o estudo de proteínas de membrana em ambientes de complexidade cada vez maior, de lipossomas a membranas celulares e até células inteiras. Por exemplo, o DNP tornou-se uma ferramenta poderosa para tais experimentos (ver referência 17,18,19,20,21,22,23,24,25). Mais recentemente, o ssNMR detectado por 1H oferece possibilidades crescentes de estudar proteínas de membrana em alta resolução espectral e sensibilidade 25,26,27,28,29. Este trabalho destaca duas proteínas da membrana bacteriana que estão envolvidas em funções essenciais, ou seja, inserção de proteínas e transporte de íons. As proteínas correspondentes, BamA 25,30,31,32,33 e KcsA 23,27,28,34,35,36,37,38,39 (ou variantes quiméricas 10,40) foram examinadas por ssNMR métodos por mais de uma década.
Um protocolo representativo para a preparação e caracterização de ssNMR de proteínas de membrana de origem bacteriana é apresentado aqui. As diferentes etapas do protocolo são mostradas na Figura 1. Primeiro, a expressão, marcação de isótopos, purificação e reconstituição de membrana de BamA é explicada. Em seguida, é apresentado um fluxo de trabalho geral para a caracterização da proteína de membrana por ssNMR; especificamente, a atribuição de estruturas de proteínas de membrana usando 1 ssNMR detectado por Hem rotação rápida de ângulo mágico. Finalmente, a configuração básica e a aquisição de experimentos suportados por polarização nuclear dinâmica (DNP), que aumentam significativamente a sensibilidade do sinal ssNMR, são detalhados.
1. Produção de BamA-P4P5 uniformemente rotulado com 2H, 13C, 15marcados com N
NOTA: Embora este protocolo exija o trabalho com bactérias Gram-negativas não patogênicas, a adesão aos procedimentos básicos de segurança biológica é obrigatória, ou seja, o uso de óculos de segurança, jalecos, luvas e o cumprimento dos procedimentos operacionais padrão institucionais para o trabalho com microrganismos.
2. Purificação, redobramento e formação de proteolipossomas BamA-P4P5
NOTA: Todas as etapas desta seção devem ser realizadas em uma capela de exaustão. Deve-se ter cuidado especial ao abrir os tubos pós-centrifugação para limitar os aerossóis nocivos.
3. Enchimento do rotor ssNMR
4. Caracterização da amostra por espectroscopia 2D 13 C-13C ssNMR
5. Atribuição de backbone por espectroscopia 3D ssNMR detectada por 1H
6. Dinâmica de proteínas por espectroscopia ssNMR detectada por 1H
7. Polarização nuclear dinâmica
NOTA: As etapas preparatórias a seguir estão relacionadas ao uso de configurações DNP comerciais usando rotores MAS de safira de 3.2 mm (Figura 6)20. O uso dos rotores de zircônia ou outro equipamento DNP pode levar a melhorias mais baixas no sinal DNP.
A Figura 2 mostra géis representativos para a pureza do corpo de inclusão (Painel A) e redobramento dos corpos de inclusão (Painel B3). A Figura 2 confirma a purificação bem-sucedida de BamA-P4P5 marcado com 13 C,15N.
A Figura 3A mostra um espectro 2D 13 C-13C típico de uma proteína de membrana bem ordenada, e a
As proteínas de membrana são atores-chave na regulação das funções celulares vitais em organismos procarióticos e eucarióticos; Assim, entender seus mecanismos de ação em níveis atômicos de resolução é de vital importância. As técnicas de biologia estrutural existentes levaram muito longe a compreensão científica das proteínas de membrana, mas dependeram fortemente de dados experimentais coletados de sistemas in vitro desprovidos de membranas. Neste artigo, é apresen...
Os autores não têm nada a divulgar.
Este trabalho faz parte dos programas de pesquisa ECHO, TOP, TOP-PUNT, VICI e VIDI com os números de projeto 723.014.003, 711.018.001, 700.26.121, 700.10.443 e 718.015.00, que são financiados pelo Conselho Holandês de Pesquisa (NWO). Este artigo foi apoiado pelo iNEXT-Discovery (número do projeto 871037).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ammonium molibdate | Merck | 277908 | |
Ammonium-15N Chloride | Cortecnet | CN80P50 | |
Ampicillin | Sigma Aldrich | A9518 | |
AMUpol | Cortecnet | C010P005 | |
Benzonase | EMD Millipore Corp | 70746-3 | |
Boric acid | Merck | B6768 | |
bromophenol blue | Sigma | B0126 | |
calcium dichloride | Merck | 499609 | |
Choline chloride | Sigma | C-1879 | |
Cobalt chloride | Merck | 449776 | |
Copper sulphate | Merck | C1297 | |
D-Biotin | Merck | 8512090025 | |
Deuterium Oxide | Cortecnet | CD5251P1000 | |
Dimethyl sulfoxide | Merck | D9170 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma Aldrich | L6876 | |
Folic acid | Sigma | F-7876 | |
Glucose 13C + 2H | Cortecnet | CCD860P50 | |
Glycerol | Honeywell | G7757 | |
Glycerol (12C3, 99.95% D8, 98%) | Eurisotope | CDLM-8660-PK | |
glycerol (non-enriched) | Honeywell | G7757-1L | |
Glycine | Sigma Aldrich | 50046 | |
Guanidine hydrochloride | Roth Carl | NR.0037.1 | |
Iron sulphate | Merck | 307718 | |
isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside | Thermofisher | R0392 | |
Lysogeny Broth | Merck | L3022 | |
Lysozyme | Sigma Aldrich | L6876 | |
Magnesium chloride - hexahydrate | Fluka | 63064 | |
magnesium sulphate | Merck | M5921 | |
monopotassium phosphate | Merck | 1051080050 | |
Myoinositol | Sigma | I-5125 | |
n-Dodecyl-B-D-maltoside | Acros Organics | 3293702509 | |
N,N-Dimethyldodecylamine N-oxide | Merck | 40236 | |
Nicatinamide | Sigma | N-3376 | |
Panthotenic acid | Sigma | 21210-25G-F | |
protease inhibitor | Sigma | P8849 | |
Pyridoxal-HCl | Sigma Aldrich | P9130 | |
Riboflavin | Aldrich | R170-6 | |
Sodium Chloride | Merck | K51107104914 | |
Sodium dihydrogen phospahte - monohydrate | Sigma Aldrich | 1,06,34,61,000 | |
Sodium dodecyl sulfate | Thermo-scientific | 28365 | |
Sodium hydroxide | Merck | 1,06,49,81,000 | |
Sucrose | Sigma Life Science | S9378 | |
Thiamine-HCl | Merck | 5871 | |
Tris-HCl | Sigma Aldrich | 10,70,89,76,001 | |
Zinc chloride | Merck | 208086 | |
E.coli BL21 DE3* | New England Biolabs | C2527 | |
1.5 mL Ultra-tubes | Beckman Coulter | 357448 | |
30 kDa centrifugal filter | Amicon | UFC903024 | |
3.2 mm sapphire DNP rotor with caps | Cortecnet | H13861 | |
3.2 mm teflon insert | Cortecnet | B6628 | |
3.2 mm sample packer/unpacker | Cortecnet | B6988 | |
3.2 mm Regular Wall MAS Rotor | Cortecnet | HZ16913 | |
3.2 mm Regular Wall MAS rotor | Cortecnet | HZ09244 | |
Tool Kit for 3.2 mm Thin Wall rotor | Cortecnet | B136904 | |
1.3 mm MAS rotor + caps | Cortecnet | HZ14752 | |
1.3 mm filling tool | Cortecnet | HZ14714 | |
1.3 mm sample packer | Cortecnet | HZ14716 | |
1.3 mm cap remover | Cortecnet | HZ14706 | |
1.3 mm cap set tool | Cortecnet | HZ14744 | |
Dialysis tubing 12-14 kDa | Spectra/Por | 132703 | |
Sharpie - Black | Merck | HS15094 |
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE
Solicitar PermissãoThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados